一种基于加权时空上下文的鲁棒视觉跟踪算法

由于光照及外观变化、复杂背景、目标旋转与遮挡等因素的影响, 给实现鲁棒的视觉跟踪带来困难. 有效利用上下文(Context)中包含的有用信息有助于提升上述条件下视觉跟踪的鲁棒性. 时空上下文 (Spatio-temporal context, STC)算法是新近提出的一种基于时空上下文的目标跟踪算法, 它利用目标周围的稠密上下文信息, 取得了良好的跟踪效果. STC的不足是其同等对待整个上下文区域, 没有对上下文做进一步的区分, 减弱了上下文的作用. 本文采用动态分区处理思想, 根据上下文中不同区域与跟踪目标运动相似度大小, 赋予不同权值, 提出了基于加权时空上下文(Weighted spatio-temporal context, WSTC)的鲁棒视觉跟踪算法. 最后在公共数据集上进行的对比实验表明, 本文所提出的算法具有更好的跟踪效果和鲁棒性.     

基于空间关联特征分布的目标跟踪

通过利用特征全局分布信息,提出一种以网格为数据单元的Mean Shift的目标跟踪算法(grid mean shift,GRIMSHIFT).针对传统Mean Shift目标跟踪算法的不足,GRIMSHIFT算法在m*n个像素的网格小区域内提取如颜色、角点量等局部区域特征值.在此基础上结合整幅图像进行约束Delaunay三角剖分得到图像像素间全局空间关联信息.在网格级上把局部特征信息和全局分布信息加权混合,使特征分布数据集具有了更高的目标辨识度;在视频序列中对动态网格特征分布连续运用Mean Shift便实现了对目标的跟踪.实验结果表明GRIMSHIFT拥有良好的实时性和准确性.     

卫星视频中的单目标分割和跟踪

对于卫星视频图像中存在的目标与背景对比性低、缺乏目标特征信息等问题,提出一种结合目标运动信息、时空背景和外观模型的目标分割和跟踪方法.根据首帧定位得到目标区域,首先对目标使用方向梯度直方图方法提取特征利用核相关滤波器得到目标跟踪区域1;接着利用颜色空间特征建立目标与其周围区域上下文信息的空间模型得到目标跟踪区域2;然后利用视觉背景提取算法以像素为单位在目标区域上检测运动目标得到单目标的分割区域3;最后分别对3个区域进行相关计算得到最优区域作为最终目标跟踪位置和模板更新样本.实验结果表明,本文算法与KCF算法相比,跟踪的成功率和准确率有很大的提高,同时实现了单目标分割.     

空间信息码本和粒子滤波相结合目标跟踪算法

针对粒子滤波跟踪过程中容易积累误差引起跟踪失败的问题,提出一种基于空间信息码本背景建模的粒子滤波跟踪算法。首先,在码本背景建模过程中将目标像素码本和周围8邻域像素码本进行融合,克服背景噪声干扰得到精确的前景目标;然后提取前景区域的核函数加权颜色特征作为粒子滤波初始状态先验分布。同时在重采样过程中引入位置信息加权改进。实验结果表明,该算法减少了粒子发散引起的采样误差,且能够在复杂背景下对目标进行有效跟踪,在实时性和准确性上优于标准粒子滤波算法。     

低秩重检测的多特征时空上下文的视觉跟踪

时空上下文跟踪算法充分的利用空间上下文中包含的结构信息能够有效的对目标进行跟踪,实时性优良。但是该算法仅仅利用单一的灰度信息,使得目标的表观表达缺乏判别性,而且该方法在由于遮挡等问题造成的跟踪漂移后无法进行初始化。针对时空上下文算法存在的弱点,本文提出了一个基于低秩重检测的多特征时空上下文跟踪方法。首先利用多特征对时空上下文进行多方面的提取,构建复合时空上下文信息,充分利用目标周围的特征信息,提高目标表观表达的有效性。其次利用简单有效的矩阵分解方式将跟踪到的历史跟踪信息进行低秩表达,将其引入有效的在线重检测器中来保持跟踪结构的一致稳定性,解决了跟踪方法在跟踪失败后的重定位问题,在一系列跟踪数据集上的实验结果表明本算法比原始算法及当前的主流算法相比有更好的跟踪精度与鲁棒性,且满足实时性要求。     

一种健壮的超像素跟踪算法

在目标跟踪中,传统的超像素跟踪算法在发生遮挡等情况后,会将非目标超像素标记为目标加入到特征空间. 在对候选样本置信度计算中,利用特征空间中最近邻超像素来划定样本中超像素的簇归属会产生错误;而依据的近邻超像素数量过多时,又会造成分类误差的积累. 为解决上述问题,本文提出一种健壮的超像素跟踪算法. 本算法以贝叶斯算法为框架,首先,将前几帧进行超像素切割,提取特征并使用均值漂移聚类算法和基于超像素的外观表示模型进行分类和计算类置信度,放入特征空间中. 其次,根据接下来几帧的平均中心误差确定最佳近邻数目. 最后,在跟踪过程中,对获取帧的指定区域进行超像素切割,提取特征、进行软分类和计算置信度;根据上一帧目标位置进行高斯采样,累加样本内超像素置信度,获得样本置信度;在发生严重遮挡时,不进行滑动窗口更新和外观模型修改,使用当前模型继续跟踪. 与传统的最近邻超像素算法相比,本算法能够有效提升跟踪成功率和降低平均中心误差.     

时空上下文抗遮挡视觉跟踪

目的 传统的视觉跟踪方法只考虑了目标本身的特征信息提取,忽略了目标周围稠密的上下文信息。一旦目标本身特征信息提取存在困难,很容易导致跟踪失败。为解决上述问题,提出一种时空上下文抗遮挡视觉跟踪算法（STC-PF）。方法 首先,利用目标与局部区域的时空关系学习时空上下文模型;然后,通过上下文先验模型和学习到的时空上下文模型计算置信图;最后,对时空上下文区域进行分块遮挡判别,若遮挡概率小于设定阈值,计算置信图所得最大概率位置即为目标位置;若遮挡概率大于设定阈值,则目标发生遮挡,通过子块匹配和粒子滤波估计目标位置以及运动轨迹,实现不同程度的抗遮挡跟踪。结果 对测试数据集中的图像序列进行实验,结果表明,STC-PF方法的跟踪成功率提高至80%以上;中心误差小于原算法;同时STC-PF算法在提高抗遮挡能力的前提下,运行速度与原算法相当,高于当前流行算法。结论 STC-PF算法能够适用于光照变化、目标旋转、遮挡等复杂情况下的视觉目标跟踪,具有一定的实时性和高效性,尤其是在目标发生遮挡情况下具有很好的抗遮挡能力和较快的运行速度。     

采用RGB–D时空上下文模型的多目标遮挡跟踪算法

为了提高实时RGB–D目标遮挡跟踪精确度, 解决多目标遮挡跟踪容易发生模型漂移和跟踪丢失等问题, 本 文提出一种基于RGB–D时空上下文模型的多目标遮挡跟踪算法. 首先获取多目标检测定位区域, 再通过目标时空 上下文特征提取, 建立目标时间上下文模型、目标空间上下文模型构成目标RGB–D时空上下文模型; 然后在跟踪器 判别跟踪状态时通过计算时间一致性进行颜色和深度特征自适应融合确定目标在当前帧位置; 最后, 当跟踪器判 别多目标遮挡时引入深度概率, 利用深度概率信息特征进行约束, 通过最大后验概率(MAP)关联模型有效解决目标 遮挡跟踪问题. 在公用数据集clothing store dataset和princeton tracking benchmark dataset上进行定性对比实验和定量 结果分析表明, 本文提出的算法具有良好的遮挡跟踪性能, 能较好解决多目标遮挡跟踪问题, 提高目标遮挡跟踪的 精确性和鲁棒性.     

采用RGB–D时空上下文模型的多目标遮挡跟踪算算法

为了提高实时RGB–D目标遮挡跟踪精确度,解决多目标遮挡跟踪容易发生模型漂移和跟踪丢失等问题,本文提出一种基于RGB–D时空上下文模型的多目标遮挡跟踪算法.首先获取多目标检测定位区域,再通过目标时空上下文特征提取,建立目标时间上下文模型、目标空间上下文模型构成目标RGB–D时空上下文模型;然后在跟踪器判别跟踪状态时通过计算时间一致性进行颜色和深度特征自适应融合确定目标在当前帧位置;最后,当跟踪器判别多目标遮挡时引入深度概率,利用深度概率信息特征进行约束,通过最大后验概率(MAP)关联模型有效解决目标遮挡跟踪问题.在公用数据集clothing store dataset和princeton tracking benchmark dataset上进行定性对比实验和定量结果分析表明,本文提出的算法具有良好的遮挡跟踪性能,能较好解决多目标遮挡跟踪问题,提高目标遮挡跟踪的精确性和鲁棒性.     

一种鲁棒的时空上下文快速跟踪算法

为解决时空上下文快速跟踪算法在目标处于复杂背景及被遮挡情况下容易产生漂移的问题,提出了一种鲁棒的时空上下文快速跟踪算法,通过引入Kalman滤波器,对当前帧中的目标在下一帧中的位置进行估计和预测,并将其作为下一帧时空上下文快速跟踪算法的迭代起点。对不同视频序列的跟踪结果表明,与时空上下文快速跟踪算法和多示例学习跟踪算法相比,提出的算法在目标被遮挡及复杂背景情况下能够更准确地跟踪到目标,并且满足实时性要求。     

基于时空模型的尺度自适应视觉跟踪*

针对视觉跟踪过程中因目标尺度变化跟踪精度低的问题,提出一种基于时空模型的尺度自适应视觉跟踪算法(Spatio-temporal context – scale adaptive,简称STC-SA)。在颜色属性空间下提取目标颜色直方图特征;再通过时空上下文学习获取置信图中概率最大位置;最后利用颜色直方图进行相似度匹配和自适应方法修正跟踪框尺寸以达到最佳的跟踪效果。实验选取Benchmark中五组具有明显尺度变化的图像序列进行测试,STC-SA算法的跟踪成功率最高达到91%,验证了STC-SA算法具有较高的跟踪精度和跟踪实时性。     

改进STC和SURF特征联合优化的目标跟踪算法

针对传统时空上下文目标跟踪(STC)算法中目标窗口不能适应目标尺度变化,导致对目标针对性不强等问题,提出改进STC和SURF特征联合优化的目标跟踪算法(STC-SURF)。首先利用加速稳健(SURF)特征算法对相邻的2帧图像提取特征点并进行匹配,再通过随机抽样一致(RANSAC)算法消除误匹配,提高匹配精度。进而根据2帧图像中匹配特征点的变化对目标窗口进行调整。最终对STC算法中模型的更新方式进行优化以提高跟踪结果的准确性。实验结果表明,STC-SURF算法能够适应目标尺度变化,并且其目标跟踪成功率优于TLD算法和传统STC算法的。     

基于直方图主成分变化检测的跟踪算法

序列图像中运动目标尺度在发生变化时,难以被精确跟踪。为此,提出一种基于目标直方图主成分变化检测的跟踪算法。综合考虑目标与背景的特征显著性和相似性2个因素,建立比值关系进行量化分析,选取能够最大程度区分前景目标和背景的特征,并将区分度作为权值确定直方图中所选特征的区间数。通过分析目标直方图中主成分特征分量所占的总像素数,确定目标尺度变化情况。定义一种新的带宽计算准则,自适应调整跟踪窗大小。实验结果表明,该算法能够准确地对目标尺度变化进行检测。     

基于时空显著性的双核KCF目标跟踪算法

传统的核相关滤波器跟踪算法(KCF)在模板更新上容易出现跟踪误差累计,从而导致目标跟踪过程中出现跟踪漂移问题。针对该问题,提出了一种时空显著性的双核KCF目标跟踪的方法。该算法引入了一种时空显著性方法来搜索目标区域的显著特征和姿态稳定的局部区域。利用该局部区域对跟踪过程中产生的累计误差有较低的敏感度特性,能够减少跟踪过程中的累计误差。然后再结合原目标和显著区域建立一个双核跟踪机制,在跟踪过程中不断对原目标跟踪结果进行微调,降低跟踪累计误差。此外,针对快速运动的目标相邻帧偏移量较大的问题,提出了一种锚点预测机制,使得跟踪锚点与目标位置更接近,能够更准确地跟踪到目标。在大型公共数据上测试的实验结果表明,提出的算法在光照、遮挡、变形、快速运动、旋转以及背景杂波等复杂情况下,均具有较强的适应性。     

融合目标增强与稀疏重构的显著性检测

目的 为了解决图像显著性检测中存在的边界模糊,检测准确度不够的问题,提出一种基于目标增强引导和稀疏重构的显著检测算法（OESR）。方法 基于超像素,首先从前景角度计算超像素的中心加权颜色空间分布图,作为前景显著图;由图像边界的超像素构建背景模板并对模板进行预处理,以优化后的背景模板作为稀疏表示的字典,计算稀疏重构误差,并利用误差传播方式进行重构误差的校正,得到背景差异图;最后,利用快速目标检测方法获取一定数量的建议窗口,由窗口的对象性得分计算目标增强系数,以此来引导两种显著图的融合,得到最终显著检测结果。结果 实验在公开数据集上与其他12种流行算法进行比较,所提算法对具有不同背景复杂度的图像能够较准确的检测出显著区域,对显著对象的提取也较为完整,并且在评价指标检测上与其他算法相比,在MSRA10k数据集上平均召回率提高4.1%,在VOC2007数据集上,平均召回率和F检验分别提高18.5%和3.1%。结论 本文提出一种新的显著检测方法,分别利用颜色分布与对比度方法构建显著图,并且在显著图融合时采用一种目标增强系数,提高了显著图的准确性。实验结果表明,本文算法能够检测出更符合视觉特性的显著区域,显著区域更加准确,适用于自然图像的显著性目标检测、目标分割或基于显著性分析的图像标注。     

基于核共生矩阵的均值移动跟踪算法

以核颜色直方图为跟踪特征的均值移动算法易受环境光照、视角和摄像机参数等因素的影响。根据灰度共生矩阵的思想构造了核共生矩阵来描述目标模型和候选目标,并在此基础上提出了一种基于核共生矩阵的均值移动跟踪算法。在算法的实现过程中做了一些改进工作：构造核共生矩阵时对相反方向上的像素加以区分,从而更好地刻画目标的不对称特性;将目标模型和候选目标的核共生矩阵规整到同一常数以提高计算精度;对各像素权值的计算公式进行修正以提高算法速度。光照较暗,照度变化和存在部分遮挡等条件下的真实场景实验结果表明,该算法在这些情况下仍能有效地跟踪目标。     

无人机目标实时自适应跟踪系统

随着无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）在航拍、空中侦察等相关领域被广泛应用,对于无人机的智能化需求逐渐提高。目标跟踪具有信息量大、实时性高等优点,能够为无人机的智能飞行提供大量且实时的外部信息。进行低开销、低功耗的无人机目标跟踪系统的研究,对无人机智能化进程的加速具有深远意义。为更好解决跟踪过程中出现的对背景复杂、光照变化、目标较小、移动速度快等情景的目标跟踪准确度和实时性等问题,提出一种基于FPGA的自适应跟踪算法。将视频RGB数据流进行灰度转换;将模板数据和搜索区域的像素灰度值保存于片内RAM,搜索区域内遍历寻找与模板相似度最高的区域;当背景或光线发生变化,采用更新模板的方式,进一步提高跟踪准确度。仿真结果显示所提跟踪算法具有较好的实时性,跟踪重叠率在95%以上,跟踪速率在50?frame/s以上,有较好的跟踪准确度和实时性。     

一种分层Mean Shift目标跟踪算法

针对经典Mean shift (MS)目标跟踪算法的颜色特征鲁棒差、匹配迭代复杂的缺点, 提出一种分层Mean shift (Hierarchical mean shift, HMS)目标跟踪算法. 首先通过MS迭代将目标区域特征空间的数据点聚类于模式点, 使得以简洁的方式描述前景跟踪目标, 建立目标模型与目标候选模型的聚类模式点描述, 进行聚类块匹配. 然后, 导出聚类块模式点匹配下的相似度量函数, 进行像素点匹配, 结合邻域一致性, 计算像素平移量, 分层估计序列帧中跟踪目标质心模式点的位置, 并给出HMS匹配迭代跟踪算法. 实验结果表明, 与其他两种MS跟踪算法相比, HMS既能提高序列帧跟踪目标表达与匹配的鲁棒性, 又无需匹配所有数据点, 算法简洁且有效可行.